CN107417962A - 一种空气净化用石墨烯海绵及其制备方法 - Google Patents

一种空气净化用石墨烯海绵及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空气净化用石墨烯海绵及其制备方法，空气净化用石墨烯海绵：海绵上负载有纳米银掺杂石墨烯复合材料层，纳米银掺杂石墨烯复合材料层的厚度为0.2～1.5，其中纳米银掺杂石墨烯的质量占比为5～10％。本发明通过在海绵上负载纳米银‑石墨烯复合材料，使海绵具有很强的疏水效果和吸附能力，且纳米银具有杀菌和抑菌作用，防止海绵上滋生细菌，对甲醛、二氧化硫、氨气、一氧化氮或二氧化碳等具有良好的吸附性能。同时本发明提供的制备石墨烯海绵的方法具有简单高效、成本低且无污染的优点。

Description

一种空气净化用石墨烯海绵及其制备方法
技术领域
本发明属于吸附材料技术领域，具体涉及一种空气净化用石墨烯海绵及其制备方法。
背景技术
甲醛、二氧化硫、氨气、一氧化氮等气体是生活与工业污染中的污染气体。尤其，室内空气中甲醛已经成为影响人类身体健康的主要污染物，冬天空气中的甲醛对人体的危害特别大，对眼、鼻、喉和皮肤等产生明显的刺激作用。吸附法作为一种物理化学方法，是空气净化中的一种重要方法之一，具备成本低廉、脱除效率高、无二次污染、易再生等优势。众多吸附材料中，碳材料是一种应用最为广泛的吸附材料。
凭借优异的力学、热学及电学性能，石墨烯凭借其优异的力学、热学及电学性能使其具有十分广阔的应用前景。与薄膜状、粉末状的石墨烯比，海绵状石墨烯不仅在微观上具有纳米材料的本质特征，而且在宏观上又表现出多孔材料的固有性能。海绵状石墨烯具有更大的比表面积和表面性能、更高的孔隙率及更疏松的表面结构，在水处理、空气净化、催化剂载体等领域具有更大的应用价值。
现有的海绵状石墨烯主要采用以下三种制备方法：氧化石墨法，把高浓度的氧化石墨烯置于180℃的水热环境中便得到还原型石墨烯水凝胶，或将还原剂如NaHSO4、Na2S、抗坏血酸等放入高浓度的石墨溶液中，在低温低压下制得；化学气相沉积法，Chen等用化学气相沉积法在模板上沉积得到石墨烯海绵材料，该法包括把CH4在常压条件下加热到1000℃，石墨烯薄膜在三维泡沫镍的模板上沉积，一层PMMA薄膜随即沉积在石墨烯薄膜表面。当泡沫Ni用盐酸等溶液腐蚀后，用热的C3H6O去除掉PMMA薄膜；有机溶胶凝胶法，超轻的石墨烯气凝胶可以通过把氧化石墨烯加入到间苯二酚与HCHO的溶液中，在NaCO3催化作用下的溶胶凝胶聚合，然后在高温下裂解制备得到。这种石墨烯气凝胶的导电率是1.0S/cm，比表面积在584m2/g，所以这种材料非常适合用于能量储存方面的应用。
近年来，石墨烯海绵的制备与应用越来越引起广泛的关注，也取得了长足的进步，但也存在以下问题：1、需要更深入的了解其形成机理，以制备出孔隙、形状等可控的石墨烯海绵材料；2、需进一步提升比表面积。从微观上讲，理想的石墨烯海绵最好由单层的石墨烯片组成，但现有方法无法满足该需求：3、要进一步探讨石墨烯海绵表面功能化的可行性。表面功能化对超级电容器、微生物燃料电池等均有很好的促进作用。因此需要提供一种制备简单、低成本低廉、性能优异的石墨烯海绵材料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空气净化用石墨烯海绵及其制备方法，所述石墨烯海绵压缩性能好，且制备方法简单、成本低，该石墨烯海绵对净化甲醛、二氧化硫、氨气、一氧化氮或二氧化碳等具有良好的吸附性能及其吸附的循环性能。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种空气净化用石墨烯海绵：所述海绵上负载有纳米银掺杂石墨烯复合材料层，所述纳米银掺杂石墨烯复合材料层的厚度为0.2～1.5，其中纳米银掺杂石墨烯复合材料层的质量占比为5～10％。
进一步地，所述纳米银掺杂石墨烯复合材料层的厚度为0.2～1.2mm。
一种制备上述空气净化用石墨烯海绵的方法，该方法包括如下具体步骤：
步骤1：在NMP溶液中加入膨胀石墨烯并利用超声分散均匀，得到单层石墨烯NMP溶液；
步骤2：将同样浓度的硝酸银水溶液和鞣酸水溶液先后滴加到单层石墨烯NMP溶液中制得纳米银石墨烯悬浮液，硝酸银与石墨烯的质量比在10～100范围内；
步骤3：将海绵浸没在步骤2所得的纳米银石墨烯悬浮液悬乳液，搅拌后进行超声，将海绵取出，用去离子水清洗，烘干，得到负载有纳米银掺杂石墨烯复合材料层的三聚氰胺海绵。
进一步地,所述单层石墨NMP溶液中石墨烯含量为0.05～0.2g/L。
进一步地，所述纳米银石墨烯悬浮液中石墨烯和纳米银的质量比为10～20:1。
进一步地，所述海绵为三聚氰胺海绵或聚氨酯海绵。
本发明的有益效果是：
本发明所述的一种空气净化用石墨烯海绵及其制备方法，本发明通过在海绵上负载纳米银-石墨烯复合材料，使海绵具有很强的疏水效果和吸附能力，且纳米银具有杀菌和抑菌作用，防止海绵上滋生细菌，对甲醛、二氧化硫、氨气、一氧化氮或二氧化碳等具有良好的吸附性能，对甲醛的最高吸附量可以达到206mg/g，对氨气的吸附量最高可以达到120mg/g，对一氧化氮的吸附量可以达到140mg/g，并且具有良好的循环性能。同时本发明提供的制备石墨烯海绵的方法具有简单高效、成本低且无污染的优点。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种制备上述空气净化用石墨烯海绵的方法，该方法包括如下具体步骤：
步骤1：在NMP溶液中加入膨胀石墨烯并利用超声10分钟分散均匀，得到单层石墨烯NMP溶液，石墨烯在溶液中的质量占比为5％；
步骤2：将同样浓度的硝酸银水溶液和鞣酸水溶液先后滴加到单层石墨烯NMP溶液中制得纳米银石墨烯悬浮液，硝酸银与石墨烯的质量比在10；
步骤3：将三聚氰胺海绵浸没在步骤2所得的纳米银石墨烯悬浮液悬乳液，搅拌15分钟后进行超声1小时，将海绵取出，用去离子水清洗，烘干，得到负载有厚度为0.2mm的纳米银掺杂石墨烯复合材料层的三聚氰胺海绵。
作为本实施例的一个优选,所述单层石墨NMP溶液中石墨烯含量为0.05g/L。
作为本实施例的一个优选，所述纳米银石墨烯悬浮液中石墨烯和纳米银的质量比为10:1。
实施例2
一种制备上述空气净化用石墨烯海绵的方法，该方法包括如下具体步骤：
步骤1：在NMP溶液中加入膨胀石墨烯并利用超声15分钟分散均匀，得到单层石墨烯NMP溶液；
步骤2：将同样浓度的硝酸银水溶液和鞣酸水溶液先后滴加到单层石墨烯NMP溶液中制得纳米银石墨烯悬浮液，硝酸银与石墨烯的质量比在20范围内；
步骤3：将聚氨酯海绵浸没在步骤2所得的纳米银石墨烯悬浮液悬乳液，搅拌10分钟后进行超声2小时，将海绵取出，用去离子水清洗，烘干，得到负载有厚度为0.2mm的纳米银掺杂石墨烯复合材料层的聚氨酯海绵。
作为本实施例的一个优选,所述单层石墨NMP溶液中石墨烯含量为0.2g/L。
作为本实施例的一个优选，所述纳米银石墨烯悬浮液中石墨烯和纳米银的质量比为20:1。
实施例3
一种制备上述空气净化用石墨烯海绵的方法，该方法包括如下具体步骤：
步骤1：在NMP溶液中加入膨胀石墨烯并利用超声20分钟分散均匀，得到单层石墨烯NMP溶液；
步骤2：将同样浓度的硝酸银水溶液和鞣酸水溶液先后滴加到单层石墨烯NMP溶液中制得纳米银石墨烯悬浮液，硝酸银与石墨烯的质量比为100；
步骤3：将聚氨酯海绵浸没在步骤2所得的纳米银石墨烯悬浮液悬乳液，搅拌10分钟后进行超声1.5小时，将海绵取出，用去离子水清洗，烘干，得到负载有厚度为0.2mm的纳米银掺杂石墨烯复合材料层的聚氨酯海绵。
作为本实施例的一个优选,所述单层石墨NMP溶液中石墨烯含量为0.1g/L。
作为本实施例的一个优选，所述纳米银石墨烯悬浮液中石墨烯和纳米银的质量比为15:1
实施例4
一种制备上述空气净化用石墨烯海绵的方法，该方法包括如下具体步骤：
步骤1：在NMP溶液中加入膨胀石墨烯并利用超声15分钟分散均匀，得到单层石墨烯NMP溶液；
步骤2：将同样浓度的硝酸银水溶液和鞣酸水溶液先后滴加到单层石墨烯NMP溶液中制得纳米银石墨烯悬浮液，硝酸银与石墨烯的质量比在20范围内；
步骤3：将聚氨酯海绵浸没在步骤2所得的纳米银石墨烯悬浮液悬乳液，搅拌10分钟后进行超声2小时，将海绵取出，用去离子水清洗，烘干，得到负载有厚度为0.2mm的纳米银掺杂石墨烯复合材料层的聚氨酯海绵。
作为本实施例的一个优选,所述单层石墨NMP溶液中石墨烯含量为0.2g/L。
作为本实施例的一个优选，所述纳米银石墨烯悬浮液中石墨烯和纳米银的质量比为20:1。
实施例5
一种制备上述空气净化用石墨烯海绵的方法，该方法包括如下具体步骤：
步骤1：在NMP溶液中加入膨胀石墨烯并利用超声20分钟分散均匀，得到单层石墨烯NMP溶液；
步骤2：将同样浓度的硝酸银水溶液和鞣酸水溶液先后滴加到单层石墨烯NMP溶液中制得纳米银石墨烯悬浮液，硝酸银与石墨烯的质量比为100；
步骤3：将聚氨酯海绵浸没在步骤2所得的纳米银石墨烯悬浮液悬乳液，搅拌10分钟后进行超声1.5小时，将海绵取出，用去离子水清洗，烘干，得到负载有厚度为0.8mm的纳米银掺杂石墨烯复合材料层的聚氨酯海绵。
作为本实施例的一个优选,所述单层石墨NMP溶液中石墨烯含量为0.1g/L。
作为本实施例的一个优选，所述纳米银石墨烯悬浮液中石墨烯和纳米银的质量比为15:1
实施例6
一种制备上述空气净化用石墨烯海绵的方法，该方法包括如下具体步骤：
步骤1：在NMP溶液中加入膨胀石墨烯并利用超声15分钟分散均匀，得到单层石墨烯NMP溶液；
步骤2：将同样浓度的硝酸银水溶液和鞣酸水溶液先后滴加到单层石墨烯NMP溶液中制得纳米银石墨烯悬浮液，硝酸银与石墨烯的质量比在20范围内；
步骤3：将聚氨酯海绵浸没在步骤2所得的纳米银石墨烯悬浮液悬乳液，搅拌10分钟后进行超声2小时，将海绵取出，用去离子水清洗，烘干，得到负载有厚度为0.5mm的纳米银掺杂石墨烯复合材料层的聚氨酯海绵。
作为本实施例的一个优选,所述单层石墨NMP溶液中石墨烯含量为0.2g/L。
作为本实施例的一个优选，所述纳米银石墨烯悬浮液中石墨烯和纳米银的质量比为20:1。
实施例7
一种制备上述空气净化用石墨烯海绵的方法，该方法包括如下具体步骤：
步骤1：在NMP溶液中加入膨胀石墨烯并利用超声15分钟分散均匀，得到单层石墨烯NMP溶液；
步骤2：将同样浓度的硝酸银水溶液和鞣酸水溶液先后滴加到单层石墨烯NMP溶液中制得纳米银石墨烯悬浮液，硝酸银与石墨烯的质量比为80；
步骤3：将聚氨酯海绵浸没在步骤2所得的纳米银石墨烯悬浮液悬乳液，搅拌20分钟后进行超声1小时，将海绵取出，用去离子水清洗，烘干，得到负载有厚度为1.2mm的纳米银掺杂石墨烯复合材料层的聚氨酯海绵。
作为本实施例的一个优选，所述单层石墨NMP溶液中石墨烯含量为0.05g/L。
作为本实施例的一个优选，所述纳米银石墨烯悬浮液中石墨烯和纳米银的质量比为10:1
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种空气净化用石墨烯海绵，其特征在于，所述海绵上负载有纳米银掺杂石墨烯复合材料层，所述纳米银掺杂石墨烯复合材料层的厚度为0.2～1.5，其中纳米银掺杂石墨烯复合材料层的质量占比为5～10％。
2.根据权利要求1所述的空气净化用石墨烯海绵，其特征在于，所述纳米银掺杂石墨烯复合材料层的厚度为0.2～1.2mm。
3.一种制备根据权利要求1所述空气净化用石墨烯海绵的方法，该方法包括如下具体步骤：
步骤1：在NMP溶液中加入膨胀石墨烯并利用超声分散均匀，得到单层石墨烯NMP溶液；
步骤2：将同样浓度的硝酸银水溶液和鞣酸水溶液先后滴加到单层石墨烯NMP溶液中制得纳米银石墨烯悬浮液，硝酸银与石墨烯的质量比在10～100范围内；
步骤3：将海绵浸没在步骤3所得的纳米银石墨烯悬浮液悬乳液，搅拌后进行超声，将海绵取出，用去离子水清洗，烘干，得到负载有纳米银掺杂石墨烯复合材料层的三聚氰胺海绵。
4.根据权利要求3所述的制备空气净化用石墨烯海绵的方法，其特征在于，所述单层石墨NMP溶液中石墨烯含量为0.05～0.2g/L。
5.根据权利要求3所述的治疗肺癌的中药制剂，其特征在于，所述纳米银石墨烯悬浮液中石墨烯和纳米银的质量比为10～20:1。
6.根据权利要求1所述的制备空气净化用石墨烯海绵，其特征在于，所述海绵为三聚氰胺海绵或聚氨酯海绵。
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